音乐教室控制台

目录一、内容概述..................................................................1二、设计原理与思路............................................................11、课题设计要求：...........................................................12、课题设计思路：...........................................................1三、芯片简介..................................................................21、74LS48...................................................................22、数码显示器...............................................................2四、总电路图..................................................................3五、个人设计..................................................................41、总设计...................................................................42、显示电路.................................................................4六、心得体会..................................................................5七、参考文献..................................................................51一、内容概述本文主要介绍用数电知识设计音乐教室控制台。将555时基电路组成的定时电路的的输出信号作为可逆计数器74LS190的输入脉冲，外接拨码开关在相应的情况下实现置数和计数功能，而后，计数器的输出再分别与由七段显示译码器74LS48和数码管构成的显示电路及由2线--4线译码器和4线--16线译码器构成的数据分配电路相连接，即构成了音乐教室控制台设计电路的主体。待整体设计电路完善，亦可借助软件Proteus对其进行仿真。音乐教室控制台在音乐教学中可实现单独指导和一对多的轮流指导，具有非常现实的意义。二、设计原理与思路1、课题设计要求：（1）音乐教室分多个教室，教师和学生不在同一个屋，要求教师对某一位学生通过语音进行单独课堂指导，可任意指定要指导的学生，也可按顺序指导，共有学生40名（2）教师所在的屋设有数码显示以显示学生的代号（00-39），并设有拨码开关，可设置要单个指导的学生代号或轮流指导的初始学生代号（3）在教师的指导过程中，当学生的编号由数码管显示出来的同时对应的学生端的40个发光二极管中的某一个要点亮，表示该学生正在接受教师的指导（4）单个指导时，指导时间由教师决定，轮流指导时时间为每人10分钟（5）轮流指导时,有正序和反序两种方式。正序从N到39，再返回N；反序从N到N-1，直到00，再返回N。2、课题设计思路：依给出的课题设计要求为原理，分析要实现的功能及其内在联系，可总结出本课题的主要模块和流程框图如图1所示：图1主要模块和流程框图555时基电路计数电路显示电路数据分配电路2555时基电路构成的定时器输出产生的脉冲作为计数电路的时钟脉冲，计数电路由两片74LS190和拨码开关组成，实现计数和置数功能，然后，计数器的输出又分别作为显示电路和数据分配器的输入。其中，显示电路用到两片74LS48和两个共阴极数码管，数据分配电路用到一片74LS139和四片74HC154及四个集成二极管，每个集成二极管又包含十个小的二极管。三、芯片简介由于在后续中的模块设计中，我负责显示部分，所以仅对显示部分用到的74LS48芯片和共阴极数码管加以介绍。1、74LS48各引脚功能如图2所示。16引脚：电源正极；8引脚：电源地；7、1、2、6引脚：输入端(A、B、C、D)13、12、11、10、9、15、14引脚：输出端；3引脚：测灯；4引脚：消隐；5引脚：灭零。图2引脚图2、．数码显示器LED数码管分为共阴管和共阳管。现只介绍共阴管，其电路和引脚如图3、4。一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管每段发光二极管的正向压降，随显示光的颜色不同略有差别，约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。3bcdefghaabcdfeghabcdefghMM图3图4四、总电路图图5总电路图D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37RCO13CLK14E4D/U5PL11TC12U174LS190D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37RCO13CLK14E4D/U5PL11TC12U274LS190234567891RP1RESPACK-81234567820191817161514139101211U10LED-BARGRAPH-GRN1234567820191817161514139101211U11LED-BARGRAPH-GRN1234567820191817161514139101211U13LED-BARGRAPH-GRNA23B22C21D20E118E219011223344556677889910101111131214131514161517U874HC154A23B22C21D20E118E219011223344556677889910101111131214131514161517U574HC154A23B22C21D20E118E219011223344556677889910101111131214131514161517U674HC154A23B22C21D20E118E219011223344556677889910101111131214131514161517U774HC1541234567820191817161514139101211U12LED-BARGRAPH-GRNAUTOSW-SPDTOFFON12345678161514131211109DSW1DIPSW_8A2Y04B3Y15Y26E1Y37U4:A74LS139R1200R10200VCCR12470R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U3555R3100kC10.01uFC21uFRV1700kSW1SW-DPDT34U3:B74LS0412U3:A74LS04A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U974LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U1474LS484五、个人设计我负责了本课题的总设计和显示部分。参与了仿真电路的连接。1、总设计按照要求,我们要实现老师对学生的单独指导和轮流指导,指导时间可调且当老师所选学生的学号显示时,学生端对应的二极管要发光.因此，我想到用555定时电路构成的多谐振荡器产生可调的脉冲信号，并作为计数器的时钟脉冲。然后，计数器输出学生学号对应的8421码，经数据分配器，实现当学生的编号由数码管显示出来的同时对应的学生端的40个发光二极管中的某一个点亮的要求。总结下来，包括定时电路，计数电路，数据分配电路和显示电路。其中，定时电路由一片555及其外围电路组成，外围电路中有一可变电阻，用来调节定时电路的输出脉冲周期。计数电路由两片74LS190可逆计数器和拨码电路来计00～39个数,能够由置数功能来实现老师对学生的单独指导，由计数功能和U/D端实现老师对学生的正序轮流指导和负序轮流指导。数据分配电路采用1片74LS139译码器和4片74HC154译码器构成,后接40个发光二极管来模拟学生端收到的信号,本题只进行单向信息传送,如果要实现双向信息传送,即教师也可听到学生弹琴或视唱,则需另加其他电路,这里暂不考虑。显示电路是由两片4输入七段译码器74LS48驱动七段数码管的显示，选择共阴极数码管，它是将发光二极管的阴极一并接地，当驱动信号为高电平时，对应的段位才能发光，进而实现显示。在后续的模块设计中，我负责显示部分。2、显示电路显示电路部分，它是由两片4输入七段译码器74LS48驱动七段数码管来实现，原理图如图6示：选择共阴极数码管，它是将发光二极管的阴极一并接地，当驱动信号为高电平时，对应的段位才能发光，进而实现显示。图中，左边的数码管对应十位显示，右边的数码管对应个位显示。其中与十位数码管相连的74LS48的输入为00Q1Q0，相应的输出中为1的端则驱动对应数码管段位，使其发光。由于Q3Q2=00，所以十位只显示0，1，2，3四位数。而与个位数码管相连的74LS48的输入为Q3Q2Q1Q0，所以它可显示0～9十个数，十位显示与个位显示就组成了两位数据从00～39的显示。总体上来讲，该部分没有什么难点，只要掌握了74LS48芯片的功能及共阴极数码管的接法即可。图6显示电路部分A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U974LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U1474LS485六、心得体会刚拿到这个课题时，小组的其他成员不禁叫苦，我倒没觉得有什么负担，在我眼中，这是一次难得的锻炼机会。作为小组的组长，我并没有因为想拿个人的高分就揽下大部分的工作，首先我让他们选择自己感兴趣的部分，最后剩下的部分就是我的。在整个过程中，尽管他们有不懂的地方，我也会耐心地给他们讲解，看到答辩后他们的成绩都还不错，我内心狂喜。其中，最让我感动的是在做电路仿真时所有的小组成员积极提出自己的见解，几经尝试，我们最终完成了所有部分的仿真，如图5所示。可以说，仿真电路是我们小组成员用汗水谱成的。或许，要想作为一个好的带头者，大度包容是根本。七、参考文献[1]周润景,张丽娜.Proteus入门实用教程[M].北京:机械工业出版社,2007.[2]高有堂,朱清慧,翟天嵩.电子设计与实战指导[M].北京:电子工业出版社,2007.[3]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].3版.北京:高等教育出版社,2000.[4]邓元庆,贾鹏康.数字电路与系统设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.